DE3931212C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an atomizing device according to the preamble of claim 1.

Als Verfahren zum Ausbilden von dünnen Schichten sind das Unter­ druckauftragsverfahren, das Zerstäubungsverfahren usw., be­ kannt. Das Zerstäubungsverfahren wird in weitem Umfang dazu benutzt, eine Schicht auf einem Substrat aus Polymethyl­ methacrylat PMMA zu bilden, da sich ein enger Kontakt zwischen dem Substrat und der in dieser Weise ausgebildeten Schicht ergibt. Eine amorphe dünne Schicht aus einer Legierung aus seltenen Erden und Übergangsmetallen, die nach dem Zerstäubungsverfahren ausgebildet wird, wird bei einem löschbaren magneto-optischen Aufzeichnungsträger verwandt. As a method of forming thin layers, this is the sub print order process, atomization process, etc., be knows. The atomization process is becoming widely used used a layer on a substrate made of polymethyl to form methacrylate PMMA because there is close contact between the substrate and the one formed in this way Layer results. An amorphous thin layer from one Alloy of rare earths and transition metals, which after the atomization process is trained at a erasable magneto-optical record carrier related.  

Das Zerstäubungsverfahren läuft in der folgenden Weise ab:The atomization process works in the following way:

Positive Ionen eines Edelgases, wie beispielsweise Argon Ar, die zunächst durch eine Glühentladung erzeugt werden, werden zu einer Kathode oder einem Target beschleunigt und treffen dann auf das Target. Gleichzeitig werden neutrale Atome und teilweise auch Ionen von der Targetoberfläche in eine Unter­ druckkammer aufgrund des dazwischen erfolgenden Impulsaus­ tausches entfernt. Die freigesetzten oder zerstäubten Atome und Ionen werden anschließend auf einem bestimmten Substrat niedergeschlagen, das in der Unterdruckkammer angeordnet ist. Positive ions of a noble gas, such as argon Ar, which are initially generated by a glow discharge accelerated to a cathode or target and hit then on the target. At the same time, neutral atoms and partly also ions from the target surface into a sub pressure chamber due to the impulse in between exchange away. The released or atomized atoms and ions are then on a particular substrate deposited, which is arranged in the vacuum chamber.  

Aus der US-PS 47 84 739 ist eine Zerstäubungsvorrichtung zum Herstellen einer dünnen magnetischen Schicht auf einer Kunststoffolie bekannt, wobei zwei einander gegenüberliegende Targets in einer Vakuumkammer vorgesehen sind. Zum Erzeugen eines Magnetfelds senkrecht zur Oberfläche der Targets für die Eingrenzung des Plasmas zwischen diesen sind entsprechende Einheiten vorgesehen und es ist eine reflektierende Elektrode an diesen magnetfelderzeugenden Einheiten und um den Umfang der Targets angeordnet, um Elektronen in Richtung auf den Raum zwischen den Targets zu reflektieren. Die um jedes Target angeordneten, magnetfelderzeugenden Einheiten können ein Hilfsmagnetfeld zum Einfangen der Elektronen erzeugen, um eine gleichmäßige Erosion der gesamten Oberfläche der Targets zu unterstützen. Ferner kann hierdurch die Stärke der Schicht auf dem Substrat gesteuert werden.From US-PS 47 84 739 is an atomizing device for producing a thin magnetic layer on a Plastic film known, two each other opposing targets are provided in a vacuum chamber are. To generate a magnetic field perpendicular to Surface of the targets for the confinement of the plasma appropriate units are provided between these and it is a reflective electrode on these magnetic field generating units and around the scope of the Targets arranged to move electrons towards space to reflect between the targets. The one around each target arranged, magnetic field generating units can Generate auxiliary magnetic field to trap the electrons a uniform erosion of the entire surface of the Support targets. This can also increase the strength the layer on the substrate can be controlled.

Aus der JP-A 61-2 72 374 ist ferner eine Zerstäubungsvorrichtung mit einander gegenüberliegenden Targets bekannt, wobei hinter den Targets angeordnete Permanentmagnete mit entgegengesetzter Polarität ein Magnetfeld über den Raum zwischen den Targets erzeugen. Seitlich von diesem Raum zwischen den Targets sind Substrathalter angeordnet, die dem Plasma nicht ausgesetzt sind, wobei die Oberfläche der Substrate parallel zu der die Targets verbindenden Achse liegt. Diese Anordnung ist vorgesehen, um eine möglichst gleichmäßige Erosion der Oberfläche der Targets zu erhalten.From JP-A 61-2 72 374 is also one Atomizing device with opposite one another Targets known, being arranged behind the targets Permanent magnets with opposite polarity Generate magnetic field over the space between the targets. To the side of this space are between the targets Substrate holder arranged, which are not exposed to the plasma are, the surface of the substrates parallel to the the axis connecting the targets lies. This arrangement is provided for the most uniform erosion possible Get surface of the targets.

Bei derartigen Zerstäubungsvorrichtungen kann die Zusammensetzung der auf dem Substrat abzuscheidenden Schicht dadurch geändert werden, daß entweder mehrere in ihrer Zusammensetzung voneinander verschiedene Targets ausgetauscht werden, oder daß ein entsprechend zusammengesetztes Target verwendet wird, das mehrere Oberflächenbereiche aufweist, die aus verschiedenen Metallmaterialien bestehen. Der Austausch der Targets ist jedoch aufwendig und zeitraubend, und es ist auch nicht leicht, ein entsprechend zusammengesetztes Target herzustellen.With such atomizing devices, the Composition of those to be deposited on the substrate Layer can be changed by either several in their composition different targets from each other be exchanged, or that one accordingly composite target is used, the multiple Has surface areas made up of different Metal materials exist. The exchange of targets is however, consuming and time consuming, and neither is it  light, a suitably composed target to manufacture.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zerstäubungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß das Verhältnis der Bestandteile der Schicht ohne großen Aufwand gesteuert werden kann, während die Schicht auf dem Substrat ausgebildet wird.The invention has for its object a Atomizing device of the type specified above train that the ratio of the components of the Shift can be controlled while effortlessly the layer is formed on the substrate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Durch die mit den beiden Targets verbundenen, getrennten Energiequellen, die unabhängig voneinander gesteuert werden können, kann auch die Zusammensetzung der auszubildenden Schicht in einfacher Weise gesteuert werden.This object is achieved by the features in Claim 1 solved. By using the two targets connected, separate energy sources that are independent can be controlled from each other, can also Composition of the layer to be trained in simple Controlled way.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is as follows based on the drawing  described in more detail. It shows

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht der Zerstäubungsvorrichtung mit einander zugewandt angeordneten Targets, und Fig. 1 is a schematic sectional view of the atomizing device with mutually facing targets, and

Fig. 2 in einer graphischen Darstellung die Be­ ziehung zwischen der einem Tb-Target ge­ lieferten elektrischen Energie und den Tb- Anteilswerten einer sich ergebenden dünnen Tb-Fe-Co-Legierungsschicht, die mit dem Ausführungsbeispiel der Zerstäubungsvorrichtung erhalten wird. Fig. 2 is a graph showing the relationship between the electrical energy supplied to a Tb target and the Tb percentage values of a resultant thin Tb-Fe-Co alloy layer obtained with the embodiment of the sputtering device.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist einen zylindrischen luft­ dichten Behälter 1 auf, dessen beide Enden geschlossen sind, so daß ein innerer Hohlraum gebildet ist. Der Behälter 1 ist mit einer Magnetfeldspule (nicht darge­ stellt) an seiner Seitenfläche versehen, um das Magnetfeld in seinem Innenraum zu steuern. Ein Edelgaskanal 2 ist an der Seitenwand des Behälters 1 vorgesehen, um ein Edelgas, wie beispielsweise Ar-Gas, von außen in den Innenraum einzuführen. Ein Auslaßrohr 3, das mit einer Saugpumpe und einer Diffusionspumpe verbunden ist, ist gleichfalls an der Seitenwand des Behälters 1 vorgesehen, um die Abgase nach außen abzuziehen und dadurch einen Unterdruck im Innenraum beizubehalten.The device of Fig. 1 has a cylindrical airtight container 1 , the two ends of which are closed, so that an inner cavity is formed. The container 1 is provided with a magnetic field coil (not shown) to control the magnetic field in its interior. A noble gas channel 2 is provided on the side wall of the container 1 in order to introduce a noble gas such as Ar gas from the outside into the interior. An outlet pipe 3 , which is connected to a suction pump and a diffusion pump, is also provided on the side wall of the container 1 in order to draw off the exhaust gases to the outside and thereby maintain a negative pressure in the interior.

Zwei Zerstäubungsquellenhalterungen 4 sind an gegenüber­ liegenden Stellen im Behälter 1 jeweils befestigt, wobei jede Halterung 4 durch ein Isolierelement 1 a elektrisch gegenüber dem Behälter 1 isoliert ist. Die Halterung 4 umfaßt einen zylindrischen hohlen Targethalter 6, an dessen Stirnfläche eine Targetplatte 5 gehalten ist, und zwei Kühlmittelkanäle 7 zum Einführen von Kühlwasser in den Hohlraum, um die Targetplatte 5 zu kühlen. Die beiden Targetplatten 5 sind jeweils an den Zerstäubungsquellen­ halterungen 4 so angebracht, daß sie einander zugewandt sind und einen Abstand D voneinander haben. An der inneren Seitenwand jedes Targethalters 6 ist ein rohrförmiger Permanentmagnet 8 neben der Targetplatte 5 an deren Rückseite angeordnet. Die beiden Permanentmagnete 8 sind so angeordnet, daß Pole verschiedener Polarität der Permanentmagnete 8 so zueinander ausgerichtet sind, daß ein Magnetfeld quer über den Raum zwischen den Targetplatten 5 gebildet wird.Two Zerstäubungsquellenhalterungen 4 are respectively fixed at opposite positions in the container 1, wherein each bracket 4 is electrically insulated by an insulating member 1 a relative to the container. 1 The holder 4 comprises a cylindrical hollow target holder 6 , on the end face of which a target plate 5 is held, and two coolant channels 7 for introducing cooling water into the cavity in order to cool the target plate 5 . The two target plates 5 are each attached to the atomization sources holders 4 so that they face each other and have a distance D from each other. A tubular permanent magnet 8 is arranged on the inner side wall of each target holder 6 next to the target plate 5 on the rear side thereof. The two permanent magnets 8 are arranged such that poles of different polarity of the permanent magnets 8 are aligned with one another such that a magnetic field is formed across the space between the target plates 5 .

Ein Substrathalter 12 zum Halten eines Substrates 11, auf dem eine dünne Schicht niederzuschlagen ist, ist um den Raum, der zwischen den Targetplatten 5 begrenzt ist, d. h. um den Plasmabereich 20 herum angeordnet, in dem ein Plasma durch das Magnetfeld gehalten und aufrechterhalten wird derart, daß das Substrat 11 dem Plasmabereich 20 im wesentlichen parallel zur Mittellinie (strichpunktierte Linie) der Targetplatten 5 zugewandt ist. Der Substrathalter 12 ist mit einem Kühlkanal 13 zum Einführen von Kühlwasser in den Hohlraum versehen, um das Substrat 11 zu kühlen.A substrate holder 12 for holding a substrate 11 on which a thin layer is to be deposited is arranged around the space which is limited between the target plates 5 , ie around the plasma region 20 , in which a plasma is held and maintained by the magnetic field that the substrate 11 faces the plasma region 20 essentially parallel to the center line (dash-dotted line) of the target plates 5 . The substrate holder 12 is provided with a cooling channel 13 for introducing cooling water into the cavity in order to cool the substrate 11 .

Eine zylindrische Anode 9 ist um jeden Targethalter 6 herum angeordnet und elektrisch gegenüber dem Targethalter 6 und der Targetplatte 5 isoliert und weiterhin über den Behälter 1 geerdet. An einer Zerstäubungsquellenhalterung 4 ist die entsprechende Targetplatte 5 elektrisch über den Targethal­ ter 6 mit einer ersten variablen Energiequelle 10 a verbunden, die eine negative Spannung oder eine erste elektrische Energie zwischen die Platte 5 und den Behälter 1 legt. Die andere Targetplatte 5 der anderen Zerstäubungsquellen­ halterung 4 ist andererseits mit einer zweiten variablen Energiequelle 10 b verbunden, die eine negative Spannung oder eine zweite elektrische Energie zwischen die Platte 5 und den Behälter 1 legt, wobei die zweite variable Energiequelle 10 b bezüglich ihrer Ausgangsspannung oder Ausgangsenergie unabhängig von der ersten variablen Energiequelle 10 a steuerbar ist. Der Substrathalter 12 ist elektrisch gegenüber dem Behälter 1 und gegenüber den Zerstäubungsquellen­ halterungen 4 isoliert.A cylindrical anode 9 is arranged around each target holder 6 and is electrically insulated from the target holder 6 and the target plate 5 and is further grounded via the container 1 . At an atomization source holder 4 , the corresponding target plate 5 is electrically connected via the target holder 6 to a first variable energy source 10 a , which places a negative voltage or a first electrical energy between the plate 5 and the container 1 . The other target plate 5 of the other atomization source holder 4 is on the other hand connected to a second variable energy source 10 b , which puts a negative voltage or a second electrical energy between the plate 5 and the container 1 , the second variable energy source 10 b with respect to its output voltage or Output energy can be controlled independently of the first variable energy source 10 a . The substrate holder 12 is electrically isolated from the container 1 and from the atomization sources holders 4 .

Die erste und die zweite variable Energiequelle 10 a und 10 b liefern jeweils unabhängige Energien den beiden Target­ platten 5, so daß zwischen der Seitenwand des Behälters 1 und den Targetplatten 5 eine Glühentladung hervorgerufen wird, um einen Plasmabereich 20 aus Argon zu erzeugen. Unter Verwendung von Permanentmagneten 8 mit einer ausreichenden magnetischen Kraft wird das zwischen den einander zugewandt angeordneten Targetplatten 5 erzeugte Plasma im Plasmabereich eingegrenzt, so daß es das Substrat 11 nicht erreicht. In dieser Weise wird das Plasma durch die magnetische Kraft gesteuert. Bei der oben beschriebenen Zerstäubungsvorrichtung werden die von den Targetplatten 5 ausgegebenen Atome nur auf der Oberfläche des Substrates 11 niedergeschlagen, um eine dünne Schicht aus den Materialien der Targetplatten 5 darauf auszubilden.The first and second variable energy sources 10 a and 10 b each deliver independent energies to the two target plates 5 , so that a glow discharge is caused between the side wall of the container 1 and the target plates 5 in order to generate a plasma region 20 made of argon. Using permanent magnets 8 with a sufficient magnetic force, the plasma generated between the mutually facing target plates 5 is confined in the plasma area so that it does not reach the substrate 11 . In this way, the plasma is controlled by the magnetic force. In the sputtering device described above, the atoms output from the target plates 5 are deposited only on the surface of the substrate 11 to form a thin layer of the materials of the target plates 5 thereon.

Unter Verwendung einer derartigen Zerstäubungsvorrichtung wurde eine Schicht aus einer Tb-Fe-Co-Legierung auf einem Substrat 11 aus Polymethylmethacrylat ausgebildet. Using such a sputtering device, a layer of Tb-Fe-Co alloy was formed on a substrate 11 made of polymethyl methacrylate.

In einer Zerstäubungsquellenhalterung 4 wurde ein Tb-Target am Targethalter 6 angebracht, der mit einer ersten Energie­ quelle 10 a verbunden ist. In der anderen Zerstäubungsquellen­ halterung 4 wurde ein Fe-Co-Target am anderen Targethalter 6 angebracht, der mit einer zweiten Energiequelle 10 b verbunden ist.In a atomization source holder 4 , a Tb target was attached to the target holder 6 , which is connected to a first energy source 10 a . In the other atomization source holder 4 , an Fe-Co target was attached to the other target holder 6 , which is connected to a second energy source 10 b .

Die Gase im Inneren des Behälters 1 wurden durch die Pumpen abgesaugt, und es wurde ein Unterdruck gebildet. Anschließend wurde ein Ar-Gas dem Behälter 1 zugeführt und auf 4 mbar gehalten.The gases inside the container 1 were sucked out by the pumps and a negative pressure was formed. An Ar gas was then fed to container 1 and kept at 4 mbar.

Die Energien der ersten und der zweiten Energiequelle 10 a, 10 b wurden in gleicher Weise auf einen bestimmten Wert er­ höht, um eine Glühentladung zu bewirken.The energies of the first and second energy sources 10 a , 10 b were raised to a certain value in the same way in order to cause a glow discharge.

Während die von der zweiten Energiequelle 10 b, die mit dem Fe-Co-Target verbunden war, gelieferte zweite elektrische Energie konstant bei 3 kW gehalten wurde, wurde die von der ersten Energiequelle 10 a, die mit dem Tb-Target verbunden war, gelieferte erste Energie in einem Bereich von 1 bis 5 kW geändert. In dieser Weise wurden verschiedene dünne Tb-Fe-Co-Schichten mit verschiedenen Tb-Anteilen auf mehreren separaten Substraten erhalten.While the second electrical energy supplied by the second energy source 10 b , which was connected to the Fe-Co target, was kept constant at 3 kW, that from the first energy source 10 a , which was connected to the Tb target, was supplied first energy changed in a range from 1 to 5 kW. In this way, various thin Tb-Fe-Co layers with different Tb contents were obtained on several separate substrates.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen den einem Tb-Target ge­ lieferten elektrischen Energien und den Tb-Anteilen der sich ergebenden Schichten aus einer Tb-Fe-Co-Legierung, die mit dem Ausführungsbeispiel der Zerstäubungs­ vorrichtung erhalten wurden. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist die einem Tb-Target gelieferte elektrische Energie im wesentlichen proportional zum Tb-Anteil in den sich ergebenden Schichten aus einer Tb-Fe-Co-Legierung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Zerstäubungsvorrichtung kann der Tb-Anteil der sich ergeben­ den Schichten aus einer Tb-Fe-Co-Legierung innerhalb eines Bereiches von 10 bis 40% gesteuert werden. Fig. 3 shows the relationship between the Tb target ge supplied electrical energies and the Tb fractions of the resulting layers of a Tb-Fe-Co alloy obtained with the embodiment of the sputtering device. As shown in Figure 3, the electrical energy delivered to a Tb target is substantially proportional to the Tb content in the resulting Tb-Fe-Co alloy layers. In the illustrated embodiment of the sputtering device, the Tb content of the layers made of a Tb-Fe-Co alloy can be controlled within a range of 10 to 40%.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden als erste und zweite Energiequelle 10 a, 10 b gleiche Strom­ quellen verwandt, die unabhängig voneinander gesteuert werden.In the exemplary embodiment described above, the same current sources are used as first and second energy sources 10 a , 10 b , which are controlled independently of one another.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem eine Energie­ quelle verwandt wird, die mit zwei Änderungseinrichtungen zum Ändern der elektrischen Energien, wie beispielsweise zwei variablen Widerständen, verbunden ist, sind die beiden Widerstände mit den beiden Targetplatten 5 über Targethalter 6 verbunden, um unabhängig voneinander verschiedene Energien den Targetplatten 5 zu liefern.In a further exemplary embodiment, in which an energy source is used, which is connected to two change devices for changing the electrical energies, such as two variable resistors, the two resistors are connected to the two target plates 5 via target holders 6 in order to be different from one another Energies to deliver the target plates 5 .

Die erste und die zweite Energiequelle 10 a, 10 b oder die beiden Energie liefernden Einrichtungen können elektrische Gleichstromquellen oder hochfrequente Wechselstromquellen sein. Das heißt mit anderen Worten, daß eine Kombination aus einer ersten Energiequelle 10 a in Form einer Gleichstrom­ quelle und einer zweiten Energiequelle 10 b in Form einer hochfrequenten Wechselstromquelle verwandt werden kann. Eine andere Kombination aus einer ersten Energiequelle 10 a in Form einer hochfrequenten Wechselstromquelle und einer zweiten Energiequelle 10 b in Form einer Gleichstromquelle kann gleichfalls verwandt werden. Natürlich können auch beide Energiequellen 10 a, 10 b hochfrequente Wechselstrom­ quellen sein.The first and second energy sources 10 a , 10 b or the two energy-supplying devices can be electrical direct current sources or high-frequency alternating current sources. In other words, a combination of a first energy source 10 a in the form of a direct current source and a second energy source 10 b in the form of a high-frequency alternating current source can be used. Another combination of a first energy source 10 a in the form of a high-frequency alternating current source and a second energy source 10 b in the form of a direct current source can also be used. Of course, both energy sources 10 a , 10 b can be high-frequency alternating current sources.

Die von den beiden Energieversorgungs­ leitungen der Targets gelieferten Energien werden unabhängig voneinander gesteuert und die Bestandteile der Schicht, die gebildet wird, werden daher ohne Schwierigkeiten bei jedem Zerstäubungsvorgang gesteuert. Darüber hinaus können die Zusammensetzungen der Schicht in Richtung der Stärke der Schicht geändert werden.The one of the two energy suppliers  Lines of the energy supplied to the target become independent controlled by each other and the components of the layer, which is therefore formed without difficulty every atomization process controlled. In addition, the compositions of the Layer changed towards the thickness of the layer will.

Claims (2)

1. Zerstäubungsvorrichtung mit einander zugewandt angeordneten Targets zum Ausbilden einer dünnen Schicht, welche einen luftdichten Behälter, in den ein Edelgas einführbar und von dem das Edelgas abführbar ist, zwei Targetplatten, die an gegenüberliegenden Enden im Abstand voneinander im Behälter jeweils so angeordnet sind, daß sie einander zugewandt sind und dazwischen einen Plasmabereich bilden, zwei Magnete, die jeweils neben den Targetplatten so angeordnet sind, daß Pole verschiedener Polarität der Magnete einander quer über den Plasmabereich zugewandt sind, um dadurch ein Magnetfeld im Plasmabereich zwischen den Targetplatten zu erzeugen, und einen Substrathalter umfaßt, der nahe am Plasmabereich angeordnet ist, wobei der Substrathalter ein Substrat hält, auf dem die dünne Schicht niederzu­ schlagen ist, gekennzeichnet durch eine erste variable Energiequelle (10 a), die eine erste elektrische Energie zwischen eine der Targetplatten (5) und den Behälter (1) legt, und eine zweite variable Energiequelle (10 b), die eine zweite elektrische Energie zwischen die andere Targetplatte (5) und den Behälter (1) legt, wobei die erste und die zweite variable Energiequelle (10 a, 10 b) die erste und die zweite elektrische Energie unabhängig voneinander variieren können.1. atomizing device with mutually facing targets to form a thin layer, which has an airtight container into which a noble gas can be introduced and from which the noble gas can be discharged, two target plates, which are arranged at opposite ends in the container so that each other they face each other and form a plasma region therebetween, two magnets which are each arranged next to the target plates so that poles of different polarity of the magnets face each other across the plasma region, to thereby generate a magnetic field in the plasma region between the target plates, and one Substrate holder comprises, which is arranged close to the plasma region, the substrate holder holding a substrate on which the thin layer is to be deposited, characterized by a first variable energy source ( 10 a) which a first electrical energy between one of the target plates ( 5 ) and places the container ( 1 ) , and a second variable energy source ( 10 b) , which puts a second electrical energy between the other target plate ( 5 ) and the container ( 1 ), wherein the first and the second variable energy source ( 10 a , 10 b) the first and the second electrical energy can vary independently. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Energiequelle (10 a, 10 b) aus einer elektrischen Gleichstrom- oder einer elektrischen Wechselstromquelle bestehen.2. Device according to claim 1, characterized in that the first and the second energy source ( 10 a , 10 b) consist of an electrical direct current or an electrical alternating current source.